¿Qué evita que el voltaje de retroceso alcance un voltaje infinito?

Sabemos que el voltaje sobre un inductor está definido por la fórmula:

$V = L * \frac {di}{dt}$

Entonces, en el caso de que el flujo de corriente se interrumpa repentinamente (como cuando se abre un contacto mecánico), se producen picos de voltaje en la vida real.

Sin embargo, este no es siempre el caso: no vemos arcos en pequeñas cargas inductivas. (Por pequeñas cargas inductivas me refiero a un motor de automóvil de juguete, por ejemplo). Sin embargo, la fórmula dice que el término debe acercarse al infinito cuando se abren los contactos mecánicos, por lo tanto, el término (que debe ser pequeño en pequeñas cargas inductivas) no debería tener un efecto significativo. Simplemente, deberíamos poder ver chispas cada vez que abrimos cualquier carga inductiva, independientemente de la inductancia.$\frac{di}{dt}$$L$

¿Cuáles son los factores prácticos que impiden que el voltaje llegue al infinito? ¿El flujo de corriente realmente disminuye más lentamente, o la fórmula es quizás insuficiente para tal "discontinuidad"?

Un inductor real se ve así (se muestra a continuación un inductor con 4 bobinas) hay una pequeña cantidad (generalmente en el rango pF-fF) de capacitancia entre cada bobina. Cada pedazo de cable también tiene cierta resistencia asociada.

Debido a que cada bobina en un inductor tiene resistencia (o cada sección de cable si considera una bobina) esto impide la corriente y reduce el voltaje. La pequeña cantidad de capacitancia también almacenará parte del voltaje y evitará un cambio instantáneo en el voltaje.

Todo esto absorbe energía que evita que la Fuerza Electro Motivante (EMF) que se ha almacenado alrededor de un inductor genere un voltaje infinito. En realidad, un inductor puede simplificarse en un circuito como el de la izquierda a continuación.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Una bobina superconductora podría generar voltajes mucho más masivos debido a pérdidas mucho menores debido a los parásitos.

Cualquier sistema de almacenamiento de energía (un inductor) tiene un tamaño distinto de cero.

Cualquier cosa de tamaño distinto de cero tiene campos eléctricos o capacitancia distintos de cero. Las uniones de dispositivos suelen ser una gran fuente de capacitancia parásita. Los sistemas de retorno utilizan un diodo para transferir energía a un condensador de carga.

En la excursión de voltaje máximo, toda la energía inductiva (1) se ha disipado a medida que el calor (2) se irradia a medida que el campo EM (3) se almacena en el campo eléctrico de las capacitancias intencionales y parásitas.

La resistencia en serie es muy importante con el voltaje de "retroceso" debido a la capacitancia en serie del "interruptor" cuando se abre. Esto forma un circuito resonante RLC de serie clásico que tiene propiedades de ganancia de voltaje por relación de impedancia de

$Q=\dfrac{|X_C|}{R} = \dfrac{|X_L|}{R}=\dfrac{\omega _0 L}{R}$$\omega _0= \dfrac{1}{\sqrt{LC}}$

$|V_p| = Q * V_{dc}$

Cuando se desenergiza un circuito con un interruptor de contacto cuando t pasa a 0, V / L = dI / dt, V no llega al infinito debido a esta capacitancia parásita.

Ejemplo

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Por ejemplo, considere un circuito en serie, Vdc = 1V, L = 1uH, R = 1 Ohmios, Idc = 1A . ¿Cuál es el retroceso de voltaje del interruptor, cuando se acaba de abrir, si Csw = 1pF ?

1V, 100V, 1kV , 1e6 V o infinito?

Ahora considere lo mismo para un interruptor FET con capacitancia de salida de 1nF con RdsOn << 1% de R = 1. ¿Qué es dV?

PD: si aprendiste algo, comenta tu respuesta.

La respuesta intuitiva es que el interruptor pasa de un conductor a un pequeño condensador parásito que limita la velocidad de respuesta del voltaje y, al igual que el inductor, limita la velocidad de respuesta de la corriente y en su frecuencia resonante, la ganancia de voltaje, Q en ω0 es inversamente proporcional a R, por lo que una serie más grande R amortigua el voltaje.

$V_p= I_{dc} \sqrt{\dfrac{L}{C}}$

Misceláneos

$Zo= \sqrt{\dfrac{L}{C}}$

$V_p = I_{dc}*Z_0$$I_{dc}$

Solo considere un ejemplo simple de 100 uH y 1 amp de flujo. Cuando se abre el contacto en serie con el inductor, puede haber 5 pF de capacitancia parásita a través del inductor y ese 1 amperio creará un alto voltaje de retroceso, pero ¿cuánto?

Por lo tanto, potencialmente (sin juego de palabras) el voltaje a través del condensador de 5 pF podría aumentar a una velocidad de 200 kV / microsegundo. Dado que su voltaje de arranque es potencialmente insignificante en comparación, en unos pocos microsegundos podría desarrollarse un voltaje bastante grande. Sin embargo, esto se ve mitigado por la falta de energía almacenada en el inductor: -

O 5 micro julios. Toda esta energía se transferirá cíclicamente al condensador y podemos equiparar la fórmula de energía del condensador a 5 uJ para obtener el voltaje máximo:

Esto produce un voltaje de condensador máximo de 1414 voltios.